张高毅

（中国移动通信集团四川有限公司，成都 610041）

移动互联网端到端流量管控策略研究

张高毅

（中国移动通信集团四川有限公司，成都 610041）

本文通过对无线网络新技术和新架构的分析，针对2G/3G/LTE/WLAN多网络环境下，研究如何对不同的用户类型、业务类型、时间段、累积量进行QoS控制，以提升业务体验和用户满意度。基于PCC承载架构和ANDSF多连接管理机制，通过端到端的流量管控技术提升互联网带宽的使用率。借鉴都江堰水利工程原理，通过实施网络流量控制、均匀网络流量、降低并有效控制流量峰值，提出了移动互联网网络协同的融合策略控制方案，实现了合理配置网络资源、合理有效控制网络投资，为移动互联网业务发展创造条件，为移动互联网时代应对数字洪水做好充分的技术储备。

端到端；计费与策略控制；融合

无线宽带通信技术的迅速发展，为移动运营商带来了新的竞争机遇和挑战，通过2G/3G/LTE/WLAN等技术构建移动宽带互联网，为用户提供宽带、高性能网络，可以有效的吸引用户数量的快速提升，改善用户体验。但随着智能终端数量的猛增，大规模小数据量的频繁交互，导致信令资源和数据通道资源紧张，出现信令风暴和数据业务拥塞等问题。虽然大规模网络硬件投资一定程度上缓解了上述压力，但要改变这种局面，还存在着诸多挑战，主要体现在以下方面。

（1）网络协同背景下，多接入技术融合发展的挑战。各种技术体制网络(2G/3G/LTE/WLAN)各自独立建设，如何统一配置，协调和进一步优化，亟需针对性的研究和实践。

（2）数据业务无区分、网络效率低、哑管道带来的弊端。当前的网络流量管理仅仅是一种粗放的网络资源的调度，很难实现精细的网络资源、业务资源和用户资源的综合管理。

（3）智能终端爆炸性增长，数字洪水肆虐，给移动网络带来巨大压力。随着移动互联网不断发展，各种数据流量（P2P、HTTP、小数据、长连接、keepalive包等），最有价值的话音业务质量受到冲击。

因此，需要通过利用PCC对无线信道优化，对网络资源进行有效管控，实现公共鉴权、融合的策略控制和计费，以区分业务，做智能管道，实现Wi-Fi对数据流量的智能分流。从根本上解决和改善运营网络管道化的问题，实现网络精细化运营，提高网络质量。

1 基于PCC架构的策略控制基本原理

为提高网络对于用户业务的感知能力，实现基于用户、业务网络的精细化管理，3GPP提出了一种策略与计费控制架构（PCC）来实现网络中的策略控制。PCC能够在业务层和网络层间建立一种沟通机制，将业务的信息告诉给网络层，实现基于业务的QoS控制，可以降低对网络设备的要求，实现动态的业务策略下发。PCC架构工作在业务数据流（service data flow）级别上，提供策略控制、计费控制功能和业务数据流的事件报告功能。

PCC架构中主要包括PCEF、PCRF、AF、OCS、OFCS和SPR等功能实体，主要功能实体描述如下。

策略和计费执行单元（PCEF，Policy and Charging Enforcement Function），PCEF包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能。

策略和计费规则单元（PCRF，Policy and Charging Rule Function），PCRF包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制功能。

应用功能（AF，Application Function），AF是一个提供应用业务的单元，其应用需要对IP-CAN用户面行为进行动态策略/计费控制。

在线计费系统（OCS，Online Charging System），用户信用控制功能。

用户属性存储（SPR，Subscription Profile Repository），用户属性存储逻辑实体包含与所有签约用户或签约相关的信息。

2 融合策略控制方案

本文基于上述PCC架构，将其推广应用于2G/3G/LTE/WLAN网络中，实现融合的策略控制，从而更好地为四网协同奠定基础。

2.1 端到端流量管控实现数字洪水治理

从都江堰水利工程治理洪水的原理，我们可以将其借鉴到治理数字洪水中，其示意图如图1所示。

图1 都江堰水利工程示意图

鉴于目前2G/3G/LTE网络主要承载话音等高价值业务，不妨将其类比为内江，WLAN主要为了分流数据业务，可类比为外江。将各种端到端的流量管控功能单元与都江堰水利工程进行类比，可见，水利工程的各个功能单元都能找到类似的网络单元。从图中我们可以得到端到端流量管控各网元在治理数字洪水中的作用描述如下：当数字洪水来临时，通过四网协同，利用市场手段结合多连接管理等新技术（ANDSF，接入网发现与选择功能单元）网元实现对业务的第一次分流，将高流量低价值业务（如P2P业务）引导至WLAN（外江）网络承载，对于低流量高价值业务则引导至2G/3G/ LTE（内江）网络承载。在2G/3G/LTE网络中，还会有较多低价值业务（如QQ等）占用较多信道资源，则需要通过进一步对信道进行优化（排沙）。通过DPI和PCC等技术（宝瓶口，飞沙堰）滤掉多余的流量（泄洪），并且将高流量高价值业务尽量往3G/LTE网络引导，避免占用过多2G信道资源，使得获得优先保障的业务更多为低流量高价值的业务（如话音，自有业务）。另外，还可以通过部署CDN/CACHE等网元，对流量进行缓存（蓄水），进一步缓解网络的压力，从而达到治理数字洪水的目的。

2.2 融合策略控制方案原理

上节我们对端到端流量管控技术与都江堰水利工程的简单类比，我们发现，其中最核心的当属PCC网元，其在治理数字洪水中的作用相当于飞沙堰的泄洪和排沙功能。如果能够将PCC功能拓展应用到WLAN及LTE的管控，可以使其在分流中起到更加智能的效果，则可以更有效的实现四网协同，将PCC网元与多连接管理融为一体，则能更好的实现对数字洪水的管控。

经研究发现，目前已经实现了对2G/3G的策略动态控制，且在LTE网络中也已包含相应规范，能有效地实现区分用户签约信息的策略控制、提供基于时间、位置、业务等多维度、实时、动态的QoS控制方法，引导网络资源的动态调配和合理使用。但对于WLAN网络尚未确认相应的功能，若将其推广应用到WLAN的策略控制中，则可实现网络协同的融合策略控制。

如图2（a）所示，目前国际上讨论较多的有采用S9a接口的融合策略方案，该网络架构较为复杂，涉及固网和移动网的各自的策略控制机制，用户最终的业务体验取决于固网/移动网分别对策略控制的支持程度，现网固网厂家的非标准策略控制机制将为保证终端客户体验的一致性造成困难；右图为融合的策略控制架构，它可以实现真正的融合策略方案，架构清晰，流程简洁，提供单一的策略决策点，保证统一的用户业务体验，重用移动网络的PCRF节点，降低TCO。基于上述架构，我们组建了如图2（b）所示的基于PCC的融合策略控制实验网。

即将WLAN网络直接接入PCC的PCEF单元，由PCRF同时实现对2G/3G和WLAN的策略控制。

2.3 PCC策略控制实验

图2 融合策略控制网络框架图

图3 区分用户的策略控制效果

基于PCC的QoS控制架构可以实现基于特定业务的QoS控制，即对不同的业务提供不同QoS服务等级的承载通道。如对运营商的网络视频业务、VoIP等高附加值、高收益的业务，提供高优先级的网络转发和业务接入能力，以及相应的带宽保证等高等级的QoS服务，将网络资源向高附加值、高收益的业务引导，提升业务运营效率。经实验验证，针对PCC对2G/3G/WLAN/ LTE的策略控制效果类似，本文主要针对PCC在2G策略控制下的几个用例实验情况进行介绍。

用例1：区分用户的策略控制。

区分用户签约信息的QoS控制指根据不同用户提供不同的QoS服务。针对测试金牌用户和银牌分别配置使用BT的管理策略——金牌用户允许100 kbit/s，银牌用户允许50 kbit/s；分别对金牌/银牌用户使用BT业务进行测试。如图3所示，可以准确地按用户签约属性控制BT业务，金牌用户允许100 kbit/s，银牌用户允许50 kbit/s。

用例2：区分业务的策略控制。

针对测试用户分别配置该用户使用BT和FTP的管理策略：BT允许100 kbit/s的速率，FTP允许75 kbit/s的速率；测试用户分别使用BT业务和FTP业务。如图4所示，可以准确按业务进行速率控制，BT限制在100 kbit/s，FTP限制在75 kbit/s。

用例3：区分时间的策略控制。

PCRF可以基于灵活的时间策略动态调整相应业务的QoS策略，如网络闲时，提供较高的QoS速率，在网络忙时，提供较低的QoS速率。或者在特定的时间段，如某体育赛事的直播时间，对运营商或合作方提供的该体育赛事直播的视频业务提供高的优先级和QoS速率保障，保证这部分用户的体验。针对测试用户分别配置该用户在忙时和闲时使用BT的管理策略——忙时禁止/严格限制使用P2P业务，测试用户使用P2P业务。如图5所示，可以准确地按忙闲时控制BT业务，进入忙时禁止使用BT或者限制在允许范围内，进入闲时时允许使用BT或者放松限制。

用例4：区分位置的策略控制。

图4 区分业务的策略控制效果

图5 区分时间的策略控制效果

图6 区分位置的策略控制

针对测试用户分别配置该用户在不同接入区域使用BT的管理策略——两个接入区域分别允许100 kbit/ s和150k bit/s的速率，分别利用测试用户在两个测试区域使用BT业务。如图6所示，可以准确按接入区域控制BT业务的速率：在区域1，BT业务限制为100 kbit/s，在区域2，BT限制为150 kbit/s。

用例5：基于累积量的2G策略控制。

随着移动互联网的发展，按时长收费、包流量或包月的分组业务资费套餐成为用户需求的资费方式，然而在网络中由于某些个别用户长期占用大量网络资源，导致其他用户的业务无法正常开展，影响其他用户对网络资源的公平使用。基于PCC的QoS控制中可以通过PCRF和SPR对用户的累积使用量进行统计，基于用户使用的累积流量，用户累计流量达到配额限度后，动态提供不同的QoS策略。针对测试用户分别配置该用户使用累积流量的管理策略：每累积增加10 M流量，速率下降30 kbit/s。如图7所示，可以准确按累积流量对用户进行相应的速率限制。

从以上实验可知，将PCC引入到对2G/ 3G/WLAN的管控是可行的，因此可以实现网络协同的融合策略控制。

2.4 融合策略管控案例及效果

2.4.1 VIP客户体验保障

网络症状：用户流量分配不均，10%用户消耗78%的流量，用户体验不佳。

解决方案：通过带宽控制，对于VIP客户提供优先保障。

效果：小区越繁忙，PDCH复用度越高，VIP用户速率提升越明显。VIP用户能够获得平均30%左右的速率提升。

2.4.2 QQ业务资源优化

网络症状：14%的QQ聊天流量占了80%的TBF建立请求次数，占用了大量无线资源。

解决方案：通过PCRF对业务类型的区分，BSC根据报文业务类型优化调度： PDCH信道占用数由3个降低到1个，TBF释放时延由540 ms降低120 ms，TBF占用度降低到0.5。

图7 基于累积使用量的QoS控制

效果： QQ业务的PDCH信道占用数和TBF释放时延大幅度下降，极大地提升了无线网络的效率。

2.4.3 P2P业务优化

网络症状：P2P流量占比大，且长时间占用无线资源，导致后接入的用户体验不好。繁忙时段的P2P流量占到20%～30%，P2P上行流量占比更高达35%。

解决方案：将P2P业务尽量向3G/WLAN网络迁移，针对2G网络忙时、热点区域对P2P业务进行流量管控。

效果：2G网络上HTTP等业务速度更快。P2P业务总流量仍得以保障。

3 结束语

随着无线宽带技术的发展，移动数字业务和智能终端也在不断增长发展，数字洪水已经来临，需要对移动互联网QoS进行优化和控制。文中介绍了针对移动互联网网络协同的融合策略，分析了策略的基本原理和工作流程，借鉴都江堰水利工程提出了端到端流量管控体系框架，并深入研究了PCC在端到端流量管控中的作用，将其推广应用到了2G/3G/LTE/WLAN的融合策略管控中，并取得了良好的实验效果。随着移动宽带网络的发展，在2G/3G/LTE/WLAN各种技术体制共同组建的协同网络架构下，需要制定相应的融合策略控制机制，进一步研究PCC与多连接管理的融合管理机制，形成策略管理中心，更好地实现网络的分流与协同。

[1] 李正茂.聚合服务-移动互联网时代的蓝海[M]. 北京：人民邮电出版社， 2010.

[2] 顾明. LTE网络中PCC架构的应用.电信工程技术与标准化. 2010，(11).

[3] 刘国锋， 贾从平， 谢俊松， 张高毅. 基于DPI和PCC架构的移动互联网QoS优化与控制研究[A]. 中国移动四川公司2009年度优秀科技论文集[C]. 2009年12月.

Research of end to end data flow control strategy for mobile internet

ZHANG Gao-yi
(China Mobile Group Sichuan Co., Ltd., Chengdu 610041, China)

In this paper, we analyzed new technology and architecture of wireless network, aimed at the environment of 2G/3G/LTE/WLAN multiple networks, the QoS control method of data flow in the condition of different user type, service type, time quantum, and cumulant of the fl ow is researched, to improve the business experience and user satisfaction. Based on the PCC character and ANDSF multiple connection management mechanism, by using the end to end fl ue control technology, the usage ratio of the internet bandwidth is increased. We copied the principle of Dujiangyan water conservancy engineering, applying network flow control, equilibrium the network flow and reduce the flow peak, the fusion strategy control scheme of mobile internet cooperation is proposed, the cyber source is reasonable allocated, the investment of network is rationally and effectively controlled. The requirement for mobile internet business development is created, full technical reserves is made to cope with the digital fl ood.

end to end; policy of control and charge; fusion

TN929.5

A

1008-5599（2013）08-0044-06

2013-06-08